Файл: Руководство к лабораторным занятиям по физике учеб. пособие.pdf

электродвижущую силу исследуемого элемента, поддерживает по­ стоянный ток / в цепи реохорда АБ. Исследуемый источник э. д. с. ё х одним концом присоединяется к точке А, а другим — через гальванометр G и магазин сопротивлений MC — к движку реохорда (точка Д). Сопротивление участка АД пропорционально его длине /, так что г = а/.

Компенсация электродвижущих сил возможна только в том случае, если вспомогательная батарея и исследуемый элемент включены одноименными полюсами навстречу друг другу.

Падение потенциала на всем реохорде больше, чем э. д. с. исследуемого элемента, поэтому всегда можно подобратьучасток реохорда такой длины АД = Іх, чтобы падение потенциала на нем Ѵх равнялось é°x. В цепи гальванометра участок реохорда АД можно рассматривать как некий новый источник Ѵх, включенный

Для определения величины тока, протекающего через реохорд, применяется нормальный элемент Вестона, электродвижущая сила которого строго постоянна в течение длительного времени.

Элемент Вестона включается в цепь гальванометра вместо иссле­ дуемого элемента; при этом компенсация происходит при некотором

(нуль-гальванометры) с плохо сделанной шкалой, содержащей иног­ да всего несколько делений.

Описание установки. Применяемая в работе схема, изображен­ ная на рис. 17, несколько отличается от описанной выше.

Исследуемый элемент ё х и нормальный элемент б,ѵ включаются в цепь гальванометра попеременно с помощью двухполюсного пере­ кидного рубильника К\. В качестве вспомогательной батареи ё 0 используется батарея щелочных аккумуляторов. Замыкание цепи

60 I. ОЗНАКОМЛЕНИЕ С МЕТОДАМИ ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

вспомогательной батареи ё 0 и гальванометра производится двой­ ным ключом Кг- Ключ Кг устроен таким образом, чтобы при нажа­ тии кнопки вначале замыкалась цепь вспомогательной батареи и реохорда, а затем цепь гальванометра.

При всех измерениях цепь вспомогательной батареи ё 0 и цепь элементов è N и é°x должна замыкаться ключом Кг лишь на короткое время. Это требование должно выполняться особенно тщательно, когда к схеме подключается элемент Вестона, не терпящий пере­ грузок. Длительное потребление тока от этого элемента не должно превосходить ІО'6А.

Чтобы предохранить гальванометр и нормальный элемент от больших токов, последовательно с гальванометром включается большое сопротивление MC. В начале работы магазин сопротив­ лений MC должен быть включен на максимальное сопротивление. Величина сопротивления уменьшается постепенно, по мере того, как компенсация становится настолько хорошей, что ее даль­ нейшее уточнение при большом сопротивлении оказывается не­ возможным.

При измерениях следует иметь в виду, что в процессе работы вспомогательная батарея разряжается, так что разность потен­ циалов на ее зажимах и ток, идущий через реохорд, постепенно уменьшаются. Нормальный элемент ё ң и исследуемый элемент <§х подключаются к схеме поочередно, поэтому разрядка вспомога­ тельной батареи ё 0 может привести к искажению результатов. Чтобы уменьшить возникшую при этом ошибку, рекомендуется придерживаться описанного ниже порядка измерений.

Измерения. 1. Проверьте величину сопротивления, включен­ ного в магазине MC (оно должно быть максимальным). Убедитесь в том, что, исследуемый элемёнт (например, гальванический эле­ мент Лекланше) и вспомогательная батарея ё 0 включены навстречу друг другу. Включите этот элемент в схему с помощью переклю­ чателя Кі.

2. Замыкая на короткое время ключ Кг и перемещая движок Д по реохорду, найдите такое его положение, при котором гальвано­ метр не реагирует на замыкание Кг- Затем, уменьшая сопротив­

Отметьте длину lN участка реорхорда, на котором произошла ком­ пенсация.

5.Введите полное сопротивление MC.

6.Вновь включите исследуемый элемент ё х. Найдите новое значение Іх\. Из двух найденных значений длин реохорда возьмите

среднее и по нему с помощью формулы (4) вычислите э. д. с. иссле­ дуемого элемента.

7.Подсоедините вместо элемента Лекланше щелочной аккуму­ лятор и измерьте его э. д. с.

8.Оцените ошибку измерения.

Контрольные вопросы

ный элемент Вестона применяется в работе в качестве эталона э. д. с. Он пред­ ставляет собой гальванический ртутно-кадмиевый элемент, э. д. с. которого практически не меняется со временем. Электроды элемента расположены в гер­ метически закрытых стеклянных трубках, соединенных между собой в виде

буквы Н (рис. 18). Положительным электродом является ртуть Hg, отрицатель­ ным — амальгама кадмия (10% Cd, 90% Hg). Деполяризатором служит паста из смеси сернокислой ртути HgS04 и сернокислого кадмия CdS04. Электролитом является насыщенный раствор сернокислого кадмия.

Электродвижущаяся сила элемента Вестона при температуре 20° С равна

э. д. с. элемента ток через него не должен превышать ІО"6 А, поэтому желательно подключать его через большое сопротивление.

При работе с элементом Вестона необходимо выполнять ряд предосторож­ ностей: его нельзя трясти и даже держать в руках, элемент должен быть защищен от солнечных лучей.

62I. ОЗНАКОМЛЕНИЕ С МЕТОДАМИ ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

2.Э л е м е н т Л е к л а н ш е . Элемент Лекланше (рис. 19) — сухой галь­ ванический элемент, его э. д. с. около 1,5 В.

Цинковый контейнер, в котором находится содержимое элемента, является

отрицательным электродом. С внутренней стороны к цинку прилегает пористый материал (типа промокательной бумаги), кото­ рый покрыт толстым слоем пасты из алебастра, воды и хлористого аммония (нашатыря) NH4C1. В центре контейнера укреплен угольный стер­ жень, являющийся положительным электродом элемента. Остальное пространство заполняется смесью перекиси марганца Мп0 2 с графитом, пропитанной раствором NH4C1. Нашатырь NH4C1 является электролитом, перекись мар­ ганца Мп02 — деполяризатором. Элемент Лек­ ланше применяется в тех случаях, когда нужно постоянное напряжение и слабые токи. При длительной непрерывной работе электроды эле­ мента поляризуются.

Принадлежности: реохорд, магазин сопротивлений, гальванометр, перемен­ ное сопротивление на 1000 Ом, щелочной аккумулятор, два двухполюсных пере­ кидных рубильника, двойной ключ, измеряемые сопротивления.

Классическим методом измерения сопротивлений является метод моста постоянного тока. На рис. 20 изображена схема простейшего моста, называемого обычно мостом Уитстона. Он составлен из четырех последовательно соединенных сопротивлений, образую­ щих «четырехугольник» АВБДА. В одну из диагональных ветвей — ДВ — включается чувствительный гальванометр G, в другую —

ИСТОЧНИК Э. Д. С. ё .

Измеряемое сопротивление гх образует ветвь AB, в ветвь БВ включают магазин сопротивлений г0. Ветвь АДБ (сопротивления гг и г2) образуется реохордом (сопротивление которого пропорцио­ нально его длине). По реохорду перемещается скользящий контакт Д, который позволяет изменять соотношение между сопротивле­ ниями гг и г2. Ток, протекающий через гальванометр, зависит от сопротивлений гх, г0, /у и г2. Перемещая контакт Д, можно найти такое его положение на реохорде, при котором этот ток станет рав­ ным нулю. В этом случае говорят о балансе' моста. При балансе разность потенциалов между точками В и Д равна нулю.